(57)【要約】 【課題】特定小電力無線システムは、数１０ｍ以上の距離でも安定した通信が可能であるが、送信部及び受信部の電子回路が複雑になり、小型化と低コスト化が困難であった。本発明は、通信距離を確保したままで、小型化と低コスト化を実現した単方向無線通信システムを提供する。【解決手段】送信機として特定小電力無線送信機を使用し、伝送されるデータが主にデジタルであることにより、Ｓ／Ｎに強い特性から、受信側の品質を下げても支障がないことを考慮して、受信機として、超再生検波受信機を使用している。【選択図】    図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機としての特定小電力無線送信機と、前記特定小電力無線送信機にデータを供給し制御するマイクロコンピュータと、前記特定小電力無線送信機の送信する電波を受信する受信機として超再生検波受信機とを構成に含むことを特徴とする単方向無線通信システム。
【請求項２】
前記特定小電力無線送信機及び前記超再生検波受信機は、Ｆ１ＤとＦ２Ｄの内、少なくとも１つの電波形式のＦＭ変調波を復調するＦＭ検波回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の単方向無線通信システム。
【請求項３】
前記マイクロコンピュータは、データ送出起動信号の印加に対応して、前記受信機の個体に予め割り当てられ、且つ予め記憶された個体識別コードを前記送信機への変調信号として送出する機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の単方向無線通信システム。
【請求項４】
前記受信機は、前記個体識別コードで変調された電波を受信し、前記個体識別コードの復調データを生成し、前記復調データと前記受信機に予め設定された前記受信機専用の個体識別コードとの一致を検出した場合に一致出力を出力する機能を有することを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の単方向無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線によるデータの通信システムにおいて、特定小電力無線システム並の通信距離を確保しながら、小型化と低コスト化を図る無線システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
国内の電波法において、従来、無資格で業務運用できる無線通信には、微弱無線、特定小電力無線がある。特に、特定小電力無線は、室内１００ｍ、屋外３００ｍ以上の通信距離でも、通信品質を確保することができるが、その代償に高価な回路構成を必要としていて、無線システムの使用目的毎に帯域の指定がされ、混信などの通信障害が発生しない通信システムになっている。微弱無線システムは、最良の環境下においても１０ｍ内外の距離で通信障害が発生しても良い程度の簡易通信手段にのみ使用可能であるが、非常に低コストの通信手段である。そのため、無線通信がアナログ通信を対象に開始され、長い間行われてきた経緯から、一般に、通信の品質を確保するためには、特定小電力無線が適用され、これに応じて受信機側も受信品質のよいスーパーへテロダイン受信部が使用されてきた。このような例は、特許文献１に見ることが出来る。
【特許文献１】特開平６−１２０８５３
【０００３】
図４は、特定小電力無線送信部とスーパーへテロダイン受信部による従来の単方向無線通信システムの例である。４−ａは、特定小電力無線送信部であり、４−ｂは、スーパーへテロダイン受信部である。以下、これらの動作を説明する。４ａ−１は、周波数設定部であり、４ａ−２は、電力増幅部である。最初に、周波数設定部について説明する。制御用の信号として、電源ON４０１、変調信号４０２、送信周波数データ４０３、ＡＭ変調信号４０４が周波数設定部に入力している、これらの入力信号は、後述する制御用コンピュータから出力している。周波数設定部は、ＡＭ変調又はＦＭ変調の搬送波を作成し、その周波数を決定する。基準発振器４０５では、水晶発振器か、又は水晶発振器とシンセサイザーを利用して、基準となる発振信号を作成している。発振信号は分周器に与えられ、制御コンピュータから送られた送信周波数データ４０３に対応して分周し、所望の周波数の搬送波が分周器４０６から出力する。位相検波器４０７、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）４０８、変調器４０９、ＶＣＯ（電圧制御発振器）４１０は、ＶＣＯ４１０の出力が、位相検波器４０７に帰還し、分周器４０６からの入力と位相を比較することで、周波数を安定化するように負帰還が掛かっている。即ちＶＣＯ４１０からでた信号は、搬送波と同期が合った状態である。変調器４０９には、ＦＭ変調用の変調信号４０２（アナログ電圧値）が入っているので、その出力電圧に対応してＶＣＯの発振周波数が変わり、変調信号４０２で変調されたＦＭ変調波が、ＶＣＯ４１０から発生する。変調信号４０２が無いときは、変調されないので、分周器４０６から出力した搬送波と同期したものが発生し、この場合は、ＡＭ変調のための搬送波となる。ＦＭ変調波又は、ＡＭ変調用の搬送波は、４ａ−２の電力増幅部の緩衝増幅器４１１に入力する。緩衝増幅器４１１は、アンテナ側からのノイズの伝播を抑止する効果もある。ＡＭ変調の場合は、制御コンピュータから送られたＡＭ変調信号４０４（アナログ電圧値）により、緩衝増幅器または電力増幅器のところでＡＭ変調が行われる。ＦＭ変調では、ＡＭ変調信号４０４は、無くて、ＦＭ変調波が増幅される。最後に必要以上の高域スプリアスを除去して送信アンテナ４１４から送信する。勿論、特定小電力無線の規格に対応して、送信出力は１０ｍＷ以内であり、その他、混信防止機能、送信時間制限機能、キャリアセンス機能等が用意される。
【０００４】
送信アンテナ４１４から送信された電波は、空中を伝播して、４−ｂのスーパーへテロダイン受信部の受信アンテナ４１５に入力する。電力は、伝播中に減衰しているので、緩衝増幅器４１６で増幅され、ＳＨ検波器（スーパーへテロダイン受信器）４１７に入り、信号波が得られる。復調器４１８では、閾値再生で決められた閾値を基準にして、信号波の電圧レベルを判定し、アナログ信号をデジタル信号にする。復調器４１８の出力は、個々の通信器を識別する個体コードの一致を見るデータと、伝えるべきデータを持っている。伝えるべきデータは、復調データ４２２として出力する。固体識別４２０では、一致出力４２３が出ていて、固体識別コード設定４２１で設定された値と送信された一致した受信機のみデータを受け取ることができる。復調データ４２２と一致出力４２３は、受信側のコンピュータ等のデータ処理装置に送られる。
【０００５】
前述した様に、受信品質を確保するために、従来使われてきたＳＨ検波器１７−ａの構成は、具体的には、図５のようであった。５−ａは、機能ブロック表示であり、５−ｂは、回路図表示である。受信アンテナ４１５と緩衝増幅器４１６を経由した受信電波は、周波数混合回路５０１に入り、局部発振回路５０２の発振信号と混合されて、両波の周波数の差の周波数を有する中間周波が出力する。このようにすると、入力と出力の周波数が異なるので、帰還があっても不安定になることがない。中間周波出力は、不要なスプリアスを除去するため、フィルタ５０３にいれ、その後中間周波増幅器５０４で増幅した後に、検波回路５０５で検波され、検波出力を得る。検波出力は、ＡＧＣ回路５０６に入力し、中間周波増幅器５０４に制御することで、信号の振幅レベルを確保している。５−ａ−１の回路図の例は、５−ｂ−１であって、５０７の部分が受信信号の入力部であり、５０８の部分が、局部発振回路５０２に対応し、５０９の部分が、フィルタ５０３に対応する。トランジスタのベースとエミッタ間の非直線特性を利用して、周波数の差分を作る周波数混合回路が形成されている。５−ａ−２の回路図の例は、５−ｂ−２である。トランジスタ５１０の１段で中間周波増幅器５０４を作っている。ツェナーダイオード５１１の非直線特性を使って、検波回路５０５としている。検波回路出力は、二本の抵抗５１２、５１３を介して、トランジスタ５１０のベースを制御し、利得の制御をしている。このような構成のスーパーヘテロダイン受信部は、安定で、ノイズも少なく高品質の受信特性が得られるので、長い間、使われて来ている。しかしながら、高品質である代償に、回路構成が複雑なので、小型化には支障があり、コスト高になる不都合があった。尚、スーパーヘテロダイン受信部の詳細は、非特許文献１に見ることが出来る。
【非特許文献１】鈴木憲次著  「ラジオ＆ワイヤレス回路の設計・製作」ＣＱ出版２００３年  ｐ１３８〜ｐ１４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように、微弱無線システムは、安価であるが、送信電力が微弱故に、通信距離が長くなると通信障害が起きるという潜在要因を抱えている。従来の特定小電力無線システムは、数１０ｍ以上の距離でも安定した通信が可能であるが、送信部及び受信部の電子回路が複雑になり、小型化と低コスト化が困難であった。そのため、通信距離を確保したままで、小型化と低コスト化を実現することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、通信距離を確保するため、送信機として特定小電力無線送信機を使用し、伝送されるデータが主にデジタルであることにより、Ｓ／Ｎに強い特性から、受信側の品質を下げても支障がないことを考慮して、受信機として、超再生検波受信機を使用したことを特徴としている。
【０００８】
請求項１記載の発明は、単方向無線通信システムであって、送信機としての特定小電力無線送信機と、前記特定小電力無線送信機にデータを供給し制御するマイクロコンピュータと、前記特定小電力無線送信機の送信する電波を受信する受信機として超再生検波受信機とを構成に含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の単方向無線通信システムにおいて、前記特定小電力無線送信機及び前記超再生検波受信機は、Ｆ１ＤとＦ２Ｄの内、少なくとも１つの電波形式のＦＭ変調波を復調するＦＭ検波回路を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の単方向無線通信システムにおいて、前記マイクロコンピュータは、データ送出起動信号の印加に対応して、前記受信機の個体に予め割り当てられ、且つ予め記憶された個体識別コードを前記送信機への変調信号として送出する機能を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２又は請求項３記載の単方向無線通信システムにおいて、前記受信機は、前記個体識別コードで変調された電波を受信し、前記個体識別コードの復調データを生成し、前記復調データと前記受信機に予め設定された前記受信機専用の個体識別コードとの一致を検出した場合に一致出力を出力する機能を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上の様にすると、特定小電力無線で得られる通信距離を確保したまま、構成材料が少なく小型で低コストな受信機を有する単方向無線通信システムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
データの無線通信では、安定で、所望の距離の通信を確保した送信機と、簡単構成でデータを再現できることが重要であり、受信機は単純であることが最良の形態である。それゆえ、受信機は超再生受信機とすることで、この要求を達成することができる。以下、本発明の例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明に係る単方向無線通信システムの一実施態様を示すものであり、１−ａは、特定小電力無線送信部であり、これは、図４の４−ａと全く同様なので、説明を省略する。
１−ｂは、超再生検波受信部であり、４−ｂとは、ＳＨ検波器４１７が超再生検波器１１７になっている。従って、差を明確にするには、超再生検波器１１７の部分を説明する。
【００１５】
超再生検波器１１７は、図３のようになっている。３−ａは、ブロック回路であり、３−ｂは、実際の回路の例である。受信アンテナ１１５又は、緩衝増幅器１１６からの受信信号は、端子３０１に入力し、高周波増幅回路３０２で増幅される。その出力は、帰還回路３０３を通し、一部が高周波増幅回路３０２の入力に正帰還される。正帰還されると、信号は大きくなり、いずれは発振するようになるが、発振直前の状態では、最も感度が上がり、その状態で検波を行うことがよいことになる。これが再生検波であり、発振直前での状態は不安定なので、これを改善するために、超再生検波では、ブロッキング発振器ブロック３０４で数十ｋＨｚの信号を作り、再生検波ブロック３０５の電源を小さく振るようにする。こうすると、発振直前の状態と発振の状態を繰り返すことになり、感度のよい状態を必ず通ることができる。こうして感度を安定に得ることができる。発振状態を必ず通るので、発振ノイズが生じ、Ｓ／Ｎが悪い欠点があるが、以下の様に、回路が簡単になる利点が得られる。再生検波ブロック３０５の部分は、再生検波回路３０６のトランジスタと帰還静電容量に対応し、ブロッキング発振器ブロック３０４は、ブロッキング発振器回路３０７のＬＣＲでの構成部に相当する。検波部は、トランジスタの非直線部を利用している。このように、超再生検波回路は、基本的にトランジスタ１個を基本にできるので、小型化と低コストが計れる。図５と比べると、図３がかなり単純な構成であることが分かる。超再生検波回路は、基本的には、トランジスタのベース・エミッタ間電圧とベース電流の二乗特性を利用したＡＭ検波であるが、入力に共振回路をつけて、共振特性の傾斜部にＦＭ変調波を加えることで、周波数変化が振幅の変化に変換されるので、その後、ＡＭ検波され、結局ＦＭ変調波も検波できることが特徴である。従って、超再生検波では、単純な回路構成ながら、ＦＭ変調波にも対応ができて、電波形式であるＦ１ＤやＦ２Ｄにも対応が可能である。これらは、周波数（角度）変調で単一チャンネルで、副搬送波の有りと無い場合をさしている。
【００１６】
図２は、単方向無線通信システムを制御する信号を作成・送出するコンピュータ部であって、マイクロコンピュータ２００に対して、入力として、受信器の個々に対応する番号を記憶する固体識別コードレジスタ２０１と、送信周波数（チャンネル）を指定する周波数コードレジスタ２０２と、データ送出を制御するデータ送出起動信号２０３がある。これに対して、出力は、ＦＭ変調用の変調信号２０４（アナログ）とＡＭ変調用のＡＭ変調信号２０５と送信周波数（チャンネル）データ２０６と、電源ＯＮ／ＯＦＦ２０７が出ていて、送信機に接続されます。この部分は、従来の例でも同じです。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明に係る単方向無線通信システムは、受信機に小型化と低コスト化が図れるので、１つの送信機に対して、多数の受信部や、移動体受信部を有するものに使用されると、利点を享受することができます。例えば、工場内のラインの制御や、モニタや、個々の車に受信器を搭載して交通システムでの一斉信号伝達などに利用できます。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る単方向無線通信システムの構成の一実施態様を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る又は従来の単方向無線通信システムを制御するコンピュータ制御部の図である。
【図３】図１の超再生検波器の一実施態様を示す図である。
【図４】従来の単方向無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図５】図４のＳＨ検波器の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０１、４０１・・・電源ＯＮ（入力）、  １０２、４０２・・・変調信号（入力）
１０３、４０３・・・送信周波数データ（入力）
１０４、４０４・・・ＡＭ変調信号（入力）
１０５、４０５・・・基準発振器、        １０６、４０６・・・分周器
１０７、４０７・・・位相検波器、  １０８、１１３、４０８、４１３・・・ＬＰＦ
１０９、４０９・・・変調器、            １１０、４１０・・・ＶＣＯ
１１１、１１６、４１１、４１６・・・緩衝増幅器
１１２、４１２・・・電力増幅器、        １１４、４１４・・・送信アンテナ
１１５、４１５・・・受信アンテナ、      １１７・・・超再生検波器
１１８、４１８・・・復調器、            １１９、４１９・・・閾値再生
１２０、４２０・・・固体識別、        １２１、４２１・・・固体識別コード設定
１２２、４２２・・・復調データ出力、    １２３、４２３・・・一致出力
２００・・・マイクロコンピュータ、      ２０１・・・固体識別コードレジスタ
２０２・・・周波数コードレジスタ、      ２０３・・・データ送出起動信号
２０４・・・変調信号（出力）、            ２０５・・・ＡＭ変調信号（出力）
２０６・・・送信周波数データ（出力）、    ２０７・・・電源ＯＮ／ＯＦＦ（出力）
３０１・・・端子、  ３０２・・・高周波増幅回路、  ３０３・・・帰還回路
３０４・・・ブロッキング発振器ブロック、３０５・・・再生検波ブロック
３０６・・・再生検波回路、              ３０７・・・ブロッキング発振器回路
４１７・・・ＳＨ検波器
５０１・・・周波数混合回路、５０２・・・局部発振回路、５０３・・・フィルタ
５０４・・・中間周波増幅器、  ５０５・・・検波回路、  ５０６・・・ＡＧＣ回路
５０７・・・受信信号の入力部、５０８・・・局部発振回路対応部
５０９・・・フィルタ対応部、            ５１０・・・トランジスタ
５１１・・・ツェナーダイオード、        ５１２、５１３・・・抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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